科普，天文望遠鏡的新突破——水銀鏡面望遠鏡
2020-10-29 前言論大家好，這裡是前言論！
天文望遠鏡已經誕生了百年，從最古老的伽利略的那種折射式的望遠鏡？到位於智利阿塔卡馬沙漠裡面的那些巨大的射點天線陣列，還有藏在森林裡面的阿雷西博天文臺，當然還有我國位於貴州省平塘縣500米口徑球面射電望遠鏡。
伽利略的那種折射式的望遠鏡
智利阿塔卡馬沙漠裡面的那些巨大的射點天線陣列
阿雷西博天文臺
貴州省平塘縣500米口徑球面射電望遠鏡
他們雖然造型各異，大小不一，甚至連發明的年代也跨度極大，但至少還有個共同的特點，都是不能變形的固體。
那是不是還有可以變形的天文望遠鏡?答案：是的。
今天就要給大家介紹一臺可以流動的天文望遠鏡——「水銀鏡面望遠鏡」，它是如何工作的？又有什麼樣的優點和缺點？它能給天文學的未來帶來哪些不可思議的突破?
「水銀鏡面望遠鏡」
其實天文望遠鏡不論造型怎麼變，主要目的都是收集來自遙遠星空的星光，並把它們匯聚到一個非常小的區域裡面，達到一種積少成多的效果，然後再在這裡通過各種手段來展開觀察，由於發出星光的天體距離我們非常遙遠，所以我們基本上可以把遠處的天體射向我們的光看成是一束束平行的光線，於是在二維平面上能夠令這些平行光線匯聚到一點的最簡單的形狀就是我們上學的時候學過的拋物線，而在三維上則是由拋物線圍繞中軸旋轉出來的拋物面，這也就是為什麼我們看到的所有的天文望遠鏡都是類似於一個碗狀的原因了。
也就是說，如果我們可以造出一個很大的拋物面，就可以利用拋物面來匯聚星光，進而對遙遠的星空進行觀測了，可以得到拋物面的方法其實並不少，尤其是對於現代已經非常先進的製造工業而言，不過他們通常都有一個共同的缺點，就一個字貴，而且越大越貴，還似乎是以指數級別來變貴的。
那既然這麼貴？有沒有便宜點的方法呢?答案：有的。
那就是當一個存放的液體的容器旋轉起來之後，在重力與離心力的共同作用下，液面的中心開始下降，而邊緣則開始上升，這樣的情況下，就正好形成了一個完美的拋物面。
如果把這個容器換成一個更大的圓形的有點類似於盤子狀的物體時，然後把容器裡面的液體換成是可以反射光線的水銀的話，就得到了一個便宜又好用的大口徑拋物面了，然後將一臺相機放在這個拋物面的焦點之後，就成了一臺完整的望遠鏡了。
這個就是「水銀鏡面望遠鏡」的工作原理了，是不是非常的簡單？而和簡單相對的就是明顯的優點和缺點了。
先說優點，有點就是便宜，而且是非常的便宜，舉個例子，還在建設當中的位於印度北部口徑達到4米的國際水銀鏡面望遠鏡，未來的研究目標是那些極其暗弱的星系以及類星體，了解它們的演化規律以及宇宙的大尺度結構，這些目標都和位於智利的魯賓天文臺基本一致，但造價只有後者的1/300，僅僅在200萬美元左右而已。
魯賓天文臺
當然伴隨而來的缺點也是存在的，那就是這種水銀鏡面望遠鏡的水銀形成的拋物面只能保持在水平面上，不能夠像其他的望遠鏡那樣可以隨意的調整觀測角度，所以它只能朝向頭頂的方向進行觀測。
另外，由於天文觀測通常都需要長時間曝光，而指向固定的水銀望遠鏡，在曝光的過程中會隨著地球的自轉而轉動，這就使落在相機裡面的圖像形成一條條拉長的軌跡，根本無法得到有用的信息，所以，這樣說起來它再便宜又能如何呢?畢竟能幹活才是檢驗真理的唯一標準。
那這就沒法使用了嗎？
別小瞧了科學家的想像力，拍不了清晰的照片，那就發明一枚裝在照相機前面的矯正鏡，先是將星體彎曲的軌跡拉成直線後，再讓相機以與地球同步的速度往前移動，一列一列的讀出數據並進行積分，以此來生成一張清晰的照片，這樣的方式被稱為「延時積分模式」。
不能隨意的轉動調整角度怎麼辦呢？
答案是：沒關係的，想辦法把劣勢化為優勢，既然容易做大，那就利用大口徑帶來的高靈敏度，然後再加上每天看到的都是固定的方向，所以就可以把每天拍攝的圖像疊加起來，原則上就能進一步的提高對暗淡天體的探測能力了。
同樣也是由於觀測方向固定，而且是周期性的在固定軌跡上掃過，這就可以在時間尺度上對目標的變化進行觀測，並進一步揭示出變化背後隱藏的真相。
正是由於這些創造性的揚長避短，才能使國際水銀鏡面望遠鏡以1/300的身價躋身到像魯賓天文臺這樣的頂級望遠鏡之列。
由於水銀鏡面望遠鏡結構簡單，美國和加拿大都曾經出資對在月球表面建設大口徑水銀鏡面望遠鏡進行過可行性研究，儘管由於水銀在月球表面會瞬間蒸發變得不適合使用，但科學家們也已經找到了替代材料，那就是一種熔融的鹽，也就是離子液化合物，同時由於月球的低重力環境，就可以進一步的增大這種液態表面望遠鏡的口徑，甚至突破100米都是相對輕鬆的。
如果這項偉大的工程能夠實現的話，那麼這似乎又為人類重返月球提供了一個非常不錯的理由，至於是否可行，那我們就拭目以待吧。
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